[发明专利]一种以数据为导向制造轻量化薄壁钣金零件的方法

说明书

一种以数据为导向制造轻量化薄壁钣金零件的方法，本发明属于金属板料成形领域。它解决了传统热冲压成形需要花费大量时间和成本的问题。通过下述步骤实现：根据用户的烤漆工艺、零件设计、制造过程中材料的塑性应变量以及成形后的性能要求等数据，以数据导向的方法进行分析，选择含有特定微观组织的板料，在经实验验证过的数据库中进行检索，获得最优化的成形参数；将金属板料快速加热到目标温度，控制加热速率、快速转移到冷模具中、冲压成形，以不低于临界淬火速率的速率将成形件淬火。本发明提出新的数据为导向快速热成形的方法，用于生产形状复杂的超高强钢、高强铝合金和钛合金材料零件。满足工业中对于零件大批量生产的要求。

技术领域

本发明涉及一种以数据为导向制造轻量化薄壁钣金零件的方法，属于金属成形领域。

背景技术

根据国家发展和改革委员会能源研究所在2018年发布的“‘十三五’及2030年交通部门节能目标研究”报告中显示，中国乘用车平均比欧盟车重9％、大1％；比美国车轻21％、小10％。而中国车队的平均燃油消耗量比欧盟车高26％；仅比美国车低4％。考虑到车重因素，比美国汽车能源消耗量还高。中国目前正在执行《乘用车燃料消耗限值》第四阶段的标准，其中2015年目标为6.9L/100km，2020年目标为5L/100km。在这样的政策背景下，汽车将大量运用超高强钢、高强铝合金、钛合金等新材料实现车身轻量化。

室温条件下超高强钢、高强铝合金、钛合金的塑性变形范围小，成形性能差。如采用冷冲压成形，所需的冲压吨位大，容易开裂。同时由于冲压回弹大，零件尺寸也难以控制。因此传统的冷冲压方法不适用，促使汽车工业投入巨大的精力来开展热冲压成形技术的研究。板料形状、加热温度、炉内保温时间、冲压温度、冲压速率、保压时间、淬火速率、时效温度和时效时间等因素都会对材料成形性或者成形后零件性能产生直接的影响。

传统的热冲压成形过程及所需时间如图2所示，热冲压成形过程包括40分钟左右的热成形工序以及数小时的人工时效处理工序，各工序都需要耗费大量的时间和能源，特别是人工时效处理工序甚至需要数小时或数日的时间。若能将薄壁钣金零件热成形工艺的生产周期缩短至4-13秒，则超高强钢、高强铝合金以及钛合金能够更加广泛地应用于汽车轻质结构部件的生产，从而达到减轻重量、降低成本的目的。

发明内容

本发明提供一种以数据为导向制造轻量化薄壁钣金零件的方法，从而节省研发时间与成本。本发明通过下述步骤实现：

一、预先经实验验证获得金属板料数据库，金属板料数据库包含各金属板料晶相及其对应的最优化的成形加工参数；

二、根据金属板料数据库，以数据导向的方法对用户的数据要求进行分析，选择合适的含有特定微观组织的初始金属板料；

其中，用户要求数据包括烤漆工艺、零件设计、制造过程中金属板料的塑性应变量以及成形后的性能要求；数据导向是指通过金属板料数据库计算含有特定微观组织的初始金属板料的过程；

三、根据选择的含有特定微观组织的初始金属板料在金属板料数据库中进行检索，获得相应的最优化的成形加工参数；

按照获得的成形加工参数进行如下步骤的加工制造：

四、将含有特定微观组织的金属板料快速加热到目标温度获得热金属板料；

五、将热金属板料快速转移到冷模具中，并保证金属板料转移到冷模具后的温度不小于其成形温度；

六、将冷模具内的金属板料冲压成形，获得成形件；

七、将成形件在冷模具中进行淬火并保压，淬火速率不低于临界淬火速率。

优选地，所述的步骤一中，成形加工工艺参数包括：加热速率、目标温度、成形温度、板料转移时间、板料移动降温速率、模具保压时间、临界淬火速率等。